Um trem levitado magneticamente (maglev) desenvolvido pela Central Japan Railways Co. opera um teste em 11 de maio, 2010 em Tsuru, Japão. Junko Kimura / Getty Images p A evolução do transporte de massa mudou fundamentalmente a civilização humana. Na década de 1860, uma ferrovia transcontinental transformou o trabalho árduo de meses pela América em uma jornada de uma semana. Apenas algumas décadas depois, os automóveis de passageiros tornaram possível saltar pelo campo muito mais rápido do que a cavalo. E claro, durante a era da Primeira Guerra Mundial, os primeiros voos comerciais começaram a transformar nossas viagens novamente, fazendo viagens de costa a costa em questão de horas. Mas as viagens de trem nos EUA não são muito mais rápidas hoje do que há um século. Para engenheiros que procuram o próximo grande avanço, talvez trens flutuantes "mágicos" sejam apenas o bilhete.
p No século 21, existem alguns países que usam eletroímãs poderosos para desenvolver trens de alta velocidade, chamado trens maglev . Esses trens flutuam sobre guias usando os princípios básicos de ímãs para substituir as antigas rodas de aço e trens de trilhos. Não há atrito ferroviário para falar, o que significa que esses trens podem atingir velocidades de centenas de quilômetros por hora.
p No entanto, a alta velocidade é apenas um dos principais benefícios dos trens maglev. Porque os trens raramente (ou nunca) tocam os trilhos, há muito menos ruído e vibração do que o normal, trens de sacudir a terra. Menos vibração e fricção resultam em menos avarias mecânicas, o que significa que os trens maglev têm menos probabilidade de sofrer atrasos relacionados ao clima. p As primeiras patentes para levitação magnética (maglev) tecnologias foram arquivadas pelo engenheiro americano francês Emile Bachelet no início dos anos 1910. Mesmo antes disso, em 1904, O professor e inventor americano Robert Goddard escreveu um artigo descrevendo a ideia da levitação maglev [fonte:Witschge]. Não demorou muito para que os engenheiros começassem a planejar sistemas de trens com base nessa visão futurística. Breve, eles acreditaram, os passageiros embarcariam em carros com propulsão magnética e voariam de um lugar para outro em alta velocidade, e sem muitas das preocupações de manutenção e segurança das ferrovias tradicionais. p A grande diferença entre um trem maglev e um trem convencional é que os trens maglev não têm um motor - pelo menos não o tipo de motor usado para puxar vagões de trem típicos ao longo dos trilhos de aço. O motor dos trens maglev é bastante discreto. Em vez de usar combustíveis fósseis, o campo magnético criado pelas bobinas eletrificadas nas paredes do trilho e nos trilhos se combinam para impulsionar o trem. p Se você já brincou com ímãs, você sabe que pólos opostos se atraem e como pólos se repelem. Este é o princípio básico por trás propulsão eletromagnética . Os eletroímãs são semelhantes a outros ímãs na medida em que atraem objetos de metal, mas a atração magnética é temporária. Você pode criar facilmente um pequeno eletroímã conectando as pontas de um fio de cobre às pontas positiva e negativa de um AA, Bateria de célula C ou D. Isso cria um pequeno campo magnético. Se você desconectar uma das pontas do fio da bateria, o campo magnético é removido. p O campo magnético criado neste experimento com fio e bateria é a ideia simples por trás de um sistema ferroviário de trem maglev. Existem três componentes para este sistema:
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A linha Maglev permite que o trem flutue acima da linha através do uso de ímãs repelentes. Aprenda sobre a trilha do Maglev e veja o diagrama de uma trilha do Magelev. Como as coisas funcionam p A bobina magnetizada correndo ao longo da pista, chamado de guia , repele os grandes ímãs no chassi do trem, permitindo o trem para levitar entre 0,39 e 3,93 polegadas (1 a 10 centímetros) acima da guia [fonte:Boslaugh]. Assim que o trem levitar, a energia é fornecida às bobinas dentro das paredes do trilho-guia para criar um sistema exclusivo de campos magnéticos que puxam e empurram o trem ao longo do trilho-guia. A corrente elétrica fornecida às bobinas nas paredes da guia está constantemente alternando para mudar a polaridade das bobinas magnetizadas. Essa mudança na polaridade faz com que o campo magnético na frente do trem empurre o veículo para frente, enquanto o campo magnético atrás do trem adiciona mais impulso para a frente.
p Os trens Maglev flutuam em uma almofada de ar, eliminando o atrito. Essa falta de atrito e os projetos aerodinâmicos dos trens permitem que esses trens alcancem velocidades de transporte terrestre sem precedentes de mais de 310 mph (500 kph), ou duas vezes mais rápido que o trem de passageiros mais rápido da Amtrak [fonte:Boslaugh]. Em comparação, um avião comercial Boeing-777 usado para voos de longo alcance pode atingir uma velocidade máxima de cerca de 562 mph (905 km / h). Os desenvolvedores dizem que os trens maglev acabarão por ligar cidades com até 1, 000 milhas (1, 609 quilômetros) de distância. A 310 mph, você poderia viajar de Paris a Roma em pouco mais de duas horas.
p Alguns trens maglev são capazes de velocidades ainda maiores. Em outubro de 2016, um trem-bala maglev da Japan Railway atingiu a velocidade de 601 km / h durante uma curta corrida. Esses tipos de velocidades dão aos engenheiros a esperança de que a tecnologia se mostre útil para rotas com centenas de quilômetros de extensão. p A Alemanha e o Japão desenvolveram a tecnologia de trens maglev, e testou protótipos de seus trens. Embora baseado em conceitos semelhantes, os trens alemães e japoneses têm diferenças distintas. Na Alemanha, engenheiros desenvolveram um suspensão eletromagnética ( EMS ) sistema, chamado Transrapid. Neste sistema, a parte inferior do trem envolve uma guia de aço. Os eletroímãs presos ao material rodante do trem são direcionados para cima em direção ao trilho, que levita o trem cerca de 1/3 de polegada (1 centímetro) acima da guia e mantém o trem levitado mesmo quando ele não está se movendo. Outros ímãs de orientação embutidos no corpo do trem o mantêm estável durante a viagem. A Alemanha demonstrou que o trem Transrapid maglev pode chegar a 480 km / h com pessoas a bordo. Contudo, após um acidente em 2006 (veja a barra lateral) e enormes estouros de custo em uma rota proposta da Estação Central de Munique para o aeroporto, os planos para construir um trem maglev na Alemanha foram cancelados em 2008 [fonte:DW]. Desde então, A Ásia se tornou o centro das atividades do maglev. Acidentes Maglev
Em 11 de agosto, 2006, um compartimento de trem maglev na linha do aeroporto Transrapid de Xangai pegou fogo. Não houve feridos, e os investigadores acreditam que o incêndio foi causado por um problema elétrico. Em 22 de setembro, 2006, um trem de teste Transrapid em Emsland, Em um teste, a Alemanha colidiu com um carro de reparo que havia sido deixado na pista acidentalmente. O trem estava indo a pelo menos 193 km / h na época. Cerca de 23 passageiros morreram e 11 ficaram feridos. Um tribunal decidiu que o erro humano foi o culpado pelo incidente, que teria sido evitado se os funcionários seguissem os regulamentos e procedimentos estabelecidos. Nenhum outro acidente maglev foi relatado desde 2006. No entanto, os trens de teste na Alemanha foram interrompidos enquanto o trem maglev de Xangai ainda funciona.
Acima está uma imagem da guia para a linha de teste Yamanashi maglev no Japão. Fotos cortesia do Railway Technical Research Institute p Os engenheiros japoneses desenvolveram uma versão concorrente dos trens maglev que usam um suspensão eletrodinâmica ( EDS ) sistema, que se baseia na força de repulsão dos ímãs. A principal diferença entre a tecnologia dos trens maglev japoneses e alemães é que os trens japoneses usam super-resfriados, eletroímãs supercondutores. Este tipo de eletroímã pode conduzir eletricidade mesmo após o desligamento da fonte de alimentação. No sistema EMS, que usa eletroímãs padrão, as bobinas só conduzem eletricidade quando há uma fonte de alimentação. Ao resfriar as bobinas em temperaturas frias, O sistema do Japão economiza energia. Contudo, o sistema criogênico usado para resfriar as bobinas pode ser caro e aumentar significativamente os custos de construção e manutenção.
p Outra diferença entre os sistemas é que os trens japoneses levitam cerca de 10 centímetros acima da guia. Uma desvantagem potencial no uso do sistema EDS é que os trens maglev devem rodar sobre pneus de borracha até atingirem uma velocidade de decolagem de cerca de 150 km / h. Os engenheiros japoneses dizem que as rodas são uma vantagem se uma falha de energia causar o desligamento do sistema. Também, passageiros com marca-passos teriam que ser protegidos dos campos magnéticos gerados pelos eletroímãs supercondutores.
p o Inductrack é um tipo mais novo de EDS que usa ímãs permanentes em temperatura ambiente para produzir os campos magnéticos em vez de eletroímãs alimentados ou ímãs supercondutores resfriados. O Inductrack usa uma fonte de energia para acelerar o trem apenas até que ele comece a levitar. Se a energia falhar, o trem pode desacelerar gradualmente e parar nas rodas auxiliares. p A pista é, na verdade, uma série de circuitos em curto-circuito contendo fio isolado. Em um design, esses circuitos são alinhados como degraus de uma escada. Conforme o trem se move, um campo magnético repele os ímãs, fazendo o trem levitar. p Existem atualmente três designs Inductrack:Inductrack I, Inductrack II, e Inductrack III. Inductrack I é projetado para altas velocidades, enquanto o Inductrack II é adequado para velocidades lentas. O Inductrack III foi projetado especificamente para cargas de carga muito pesadas movidas em velocidades baixas. Os trens Inductrack podiam levitar mais alto com maior estabilidade. Contanto que esteja se movendo a alguns quilômetros por hora, um trem Inductrack levitará quase uma polegada (2,54 centímetros) acima dos trilhos. Uma folga maior acima da linha significa que o trem não exigiria sistemas de detecção complexos para manter a estabilidade. p Ímãs permanentes não tinham sido usados antes porque os cientistas pensaram que eles não criariam força de levitação suficiente. O projeto Inductrack contorna esse problema, organizando os ímãs em um Matriz Halbach . Os ímãs são configurados de modo que a intensidade do campo magnético se concentre acima da matriz, em vez de abaixo dela. Eles são feitos de um material mais novo que compreende uma liga de neodímio-ferro-boro, que gera um campo magnético superior. O design do Inductrack II incorpora duas matrizes Halbach para gerar um campo magnético mais forte em velocidades mais baixas. p Notavelmente, o conceito de levitação magnética passiva é uma característica central dos sistemas de transporte de hiperloop propostos, que é essencialmente um trem no estilo Inductrack que explode através de um tubo selado que envolve toda a linha. É possível que os hiperloops se tornem a abordagem de escolha, em parte porque eles se esquivam do problema da resistência do ar da maneira que os maglevs regulares não conseguem, e assim, deve ser capaz de atingir velocidades supersônicas. Alguns dizem que um hyperloop pode custar ainda menos do que uma linha ferroviária tradicional de alta velocidade. p Mas enquanto os trens maglev já são uma tecnologia comprovada com anos de história operacional, ninguém ainda construiu um hiperloop comercial em qualquer lugar do mundo [fonte:Davies].
Um trem Transrapid no Emsland, Instalação de teste na Alemanha. Imagem usada sob GNU Free Documentation License p Embora o transporte maglev tenha sido proposto pela primeira vez há mais de um século, o primeiro trem comercial maglev não se tornou realidade até 1984, quando um ônibus maglev de baixa velocidade tornou-se operacional entre a estação ferroviária internacional de Birmingham do Reino Unido e um terminal do Aeroporto Internacional de Birmingham. Desde então, vários projetos maglev começaram, parado, ou foi completamente abandonado. Contudo, atualmente existem seis linhas comerciais maglev, e eles estão todos localizados na Coreia do Sul, Japão e China.
p O fato de os sistemas maglev serem rápidos, suave e eficiente não muda um fato incapacitante - esses sistemas são incrivelmente caros de construir. Cidades dos EUA, de Los Angeles a Pittsburgh a San Diego, tinham planos de linhas maglev em andamento, mas a despesa de construir um sistema de transporte maglev (cerca de US $ 50 milhões a US $ 200 milhões por milha) foi proibitiva e acabou matando a maioria dos projetos propostos. Alguns críticos criticam os projetos maglev, visto que custam talvez cinco vezes mais que as linhas ferroviárias tradicionais. Mas os proponentes apontam que o custo de operação desses trens é, em alguns casos, até 70 por cento menos do que com a tecnologia de trem da velha escola [fontes:Hall, Hidekazu e Nobuo].
p Não ajuda o fato de alguns projetos de alto nível terem fracassado. A administração da Old Dominion University, na Virgínia, esperava ter um super ônibus transportando os alunos de um lado para outro no campus a partir do segundo semestre de 2002, mas o trem fez alguns testes e nunca realmente se aproximou das velocidades de 64 km / h que prometia. As estações de trem foram finalmente desconstruídas em 2010, mas partes do sistema de trilhos elevados ainda estão de pé, uma prova de um fracasso de US $ 16 milhões [fonte:Kidd]. p Mas outros projetos persistem. Um grupo ambicioso quer construir um trecho de 64 quilômetros de Washington D.C. a Baltimore, e a ideia tem muitos proponentes, mas o projeto deve custar até US $ 15 bilhões. O preço exorbitante do conceito pode ser ridículo em qualquer outro lugar do mundo, mas o impasse esmagador e o espaço limitado desta região significam que os planejadores e engenheiros da cidade precisam de uma solução inovadora, e um sistema maglev super rápido pode ser a melhor opção. Um ponto de venda importante - uma expansão para este projeto poderia conectar Washington à cidade de Nova York e reduzir o tempo de viagem para apenas 60 minutos, um trajeto rápido que poderia transformar o comércio e as viagens no Nordeste [fontes:Lazo, Northeast Maglev]. p Na ásia, no entanto, o boom maglev essencialmente já está em andamento. O Japão está trabalhando febrilmente em uma rota de Tóquio a Osaka que pode ser inaugurada em 2037. Quando estiver concluída, o trem reduzirá a viagem de quase três horas para apenas 67 minutos [fonte:Reuters]. p A China está considerando seriamente dezenas de rotas potenciais do maglev, todos eles em áreas congestionadas que requerem transporte de massa de alta capacidade. Não serão trens de alta velocidade. Em vez de, eles moverão muitas pessoas por distâncias mais curtas em velocidades mais baixas. No entanto, A China fabrica todas as suas próprias tecnologias maglev e está prestes a lançar uma linha maglev comercial de terceira geração com uma velocidade máxima de cerca de 125 mph (201 km / h) e - ao contrário das versões anteriores - é totalmente sem driver, contando com sensores de computador para aceleração e frenagem (o país já tem alguns trens maglev em operação, mas eles precisam de um motorista). [fonte:Wong]. p É impossível saber exatamente como os maglevs irão figurar no futuro do transporte humano. Avanços em carros autônomos e viagens aéreas podem complicar a implantação de linhas maglev. Se a indústria do hyperloop consegue gerar impulso, isso poderia interromper todos os tipos de sistemas de transporte. E alguns engenheiros suspeitam que mesmo carros voadores, embora incrivelmente caro, podem superar os sistemas ferroviários no futuro porque não precisam de grandes projetos de infraestrutura para decolar. p Talvez em apenas uma ou duas décadas, nações ao redor do mundo terão chegado a um veredicto sobre os trens maglev. Talvez eles se tornem o eixo das viagens em alta velocidade, ou simplesmente projetos de estimação que atendem apenas a fragmentos de certas populações em áreas urbanas populosas. Ou talvez eles simplesmente desapareçam na história, uma forma quase mágica de tecnologia de levitação que nunca realmente decolou.
